系统可靠性预计与指标分配
第四章 可靠性的预计与分配
使系统中各单元的容许实效率正比于该单元的预计失效率值，并根据这个原则来分配系统中各单元的可靠度。
可靠性设计
假设： 1、各单元串联，系统工作时间为t；
2、第i个单元的预计失效率为 ˆ i
n
3、系统的预计失效率为
ˆ
＝
s
i
i
步骤：
系统的容许失效率为 s 1、确定各单元的预计失效率
ˆ
n
Fs Fi i1
……(1)
如已知各并联单元的预计失效概率 F ˆ i ，则可取 n-1个相对关系式，即：
F2 Fˆ 2
F1 Fˆ1
F3 Fˆ 3
F1 Fˆ1
……
Fn Fˆ n
F1 Fˆ1
以上各方程与（1）联立求解可得各单
元的容许失效概率。由 单元的容许可靠度。
Ri 1Fi 求得各
例4－3：
可靠性设计
n
R s
1(1Ri
)
i1
1
R 1 ( 1 R )n i 1 ,2 ,...,n
i
s
混联系统可靠度的分配
二、再分配法
可靠性设计
已知各单元的可靠度预计值： Rˆ1,Rˆ2,...,Rˆn
则系统可靠度的预计值为：
n
Rˆ s Rˆi i1
步骤： 1、判断系统的可靠度预计值是否小于系统所
要求的可靠度指标Rs；
3.元件计数法
元器件计数预计法是根据系统内包含的元器件数量及 其可靠性水平来预计系统可靠度或MTBF的方法。 该方法适用于在方案阶段用以初步、快速估计设备可 靠性水平的方法之一。
可靠性设计
设：系统所用单元、器件的种类数为N，第i种元、器 件数量为ni，则系统的失效率为：
系统可靠性预计分析报告
系统可靠性预计分析报告一、引言在当今复杂的技术环境中，系统的可靠性成为了至关重要的因素。
无论是工业生产中的自动化控制系统，还是日常生活中的电子设备，系统的可靠性直接影响着其性能和用户体验。
为了确保系统能够在规定的条件下和规定的时间内完成预期的功能，进行系统可靠性预计分析是必不可少的环节。
二、系统概述本次分析的系统是一个系统名称，该系统主要用于系统的主要用途。
系统由以下几个主要部分组成：1、部件 1 名称：负责部件 1 的主要功能。
2、部件 2 名称：承担部件 2 的主要功能。
3、部件 3 名称：执行部件 3 的主要功能。
三、可靠性预计方法在本次系统可靠性预计分析中，我们采用了以下几种常见的方法：1、故障模式与影响分析（FMEA）通过对系统各部件可能出现的故障模式进行分析，评估其对系统整体性能的影响，从而确定系统的薄弱环节。
2、可靠性框图（RBD）将系统的各个部件以框图的形式表示，并根据部件之间的逻辑关系计算系统的可靠性指标。
3、蒙特卡罗模拟利用随机数生成和统计分析的方法，对系统的可靠性进行多次模拟，以获取更准确的可靠性估计。
四、部件可靠性数据收集为了进行准确的可靠性预计，我们收集了系统各部件的可靠性相关数据，包括：1、故障率数据：从供应商提供的技术文档、行业标准以及类似系统的历史数据中获取部件的故障率信息。
2、维修时间数据：了解部件发生故障后的平均维修时间，以评估系统的可用性。
3、工作环境数据：考虑系统运行的环境条件，如温度、湿度、振动等，对部件可靠性的影响。
五、系统可靠性模型建立基于收集到的部件可靠性数据和所选择的可靠性预计方法，我们建立了系统的可靠性模型。
以可靠性框图为例，系统的整体可靠性可以表示为各个部件可靠性的组合。
假设系统由三个串联的部件 A、B、C组成，其可靠性分别为 R_A、R_B、R_C，则系统的可靠性 R_sys ＝R_A × R_B × R_C 。
六、可靠性预计结果经过计算和分析，得到了系统的以下可靠性预计结果：1、系统的平均故障间隔时间（MTBF）为具体数值小时，这意味着系统在平均情况下，每隔具体数值小时可能会发生一次故障。
可靠性预测和分配详解
当系统中的单元3与5，3与6，4与5，4与6，7与 8中任一对并联单元失效，均将导致系统失效
在系统的并联子系统中如果仅有1个单元失效，系统 仍能正常工作。有的并联子系统，甚至允许有2个、3 个或更多的单元失效而不影响整个系统的正常工作。
如果在3与4，3与7，4与7，5与6，5与8，6与8的单元对中有一对(两个) 单元失效，或3，4，7或3,4,8或5,6,7和5，6，8单元组中有一组(3个)单 元失效，系统仍能正常工作。
概率法（阿林斯分配法）
4.2.4 AGREE分配法（代数分配法） 4.2.5 花费最小的最优化分配方法
（努力最小算法）
4.2.1等分配法
对系统中的全部单元分配以相等的可 靠度的方法称为“等分配法”或“等同 分配法”。
4.2.1.1 串联系统可靠度分配
4.2.1.2 并联系统可靠度分配
4.2.1.3 串并联系统可靠度分配
则系统的可靠度下限值
P1—考虑系统的并联子系统中有1个单元失效，系统仍能正常工作的概率； P2—考虑系统的任一并联子系统中有2个单元失效，系统仍能正常工作的概率。
P1 R1R2 (F3 R4 R5 R6 R7 R8 R3 F4 R5 R6 R7 R8 R3 R4 R5 R6 R7 F8 )
4.2 可靠性分配
如果说可靠性预测是从单元（零件、组件、分 总成、总成）到系统、由个体（零件、单元） 到整体（系统）进行的话，那么可靠性分配则 是按相反方向，由系统到单元或由整体到个体 对可靠度进行落实的。因此，可靠性预测可说 是可靠性分配的基础。
第六章 系统可靠性设计-可靠性预测
据。
– 为可靠性分配奠定基础。
可靠性预计的主要价值在于作为设计手段，为设 计决策提供依据。
要求预计工作具有及时性，即在决策点之
前做出预计，提供有用的信息，否则这项工作
会失去意义。
为了达到预计的及时性，在设计的不同阶 段及系统的不同层次上可采用不同的预计方法 ，由粗到细，随着研制工作的深入而不断细化 。
级展开。
2. 典型系统可靠性模型
典型可靠性模型分类
典型可靠性模型 非储备模型 有储备模型
工作储备模型 并联模型 表决模型 桥联模型
非工作储备模型
串联模型
旁联模型
典型可靠性模型
串联模型 并联模型
混联模型
表决模型 非工作贮备模型（旁联模型） 桥联模型
1）串联系统模型
组成系统的所有单元中任一单元的故障都会导致 整个系统故障的称为串联系统。就是该系统中各分 系统的失效是相互独立的，而且如果其中任何一个 分系统发生故障，都会导致整个系统失效，如同链 条的任何一个环节断裂，整个链条就会失效一样。
以是子系统、机器、总成、部件或零件、元件等。
不可修复系统 可修复系统
系 统
两点假设：
为简化计算，认为单元的失效均为独立事件，与其
它单元无关。 为了对可修复系统进行可靠性预测或可靠性评估， 常常将可修复系统简化为不可修复系统来处理。
系统可靠性设计的目的：
1）就是使系统在满足规定的可靠性指标、完成预定
6.2 单元可靠性预测
说明
– 系统可靠性是各单元可靠性的概率综合
– 单元可靠性预计是系统可靠性预计的基础 – 直接预计系统各单元的故障率或可靠度
常用的单元可靠性预计方法：
– 相似产品法 – 评分预计法 – 应力分析法 – 故障率预计法 – 机械产品可靠性预计法
可靠性预计和分配
n
Rsy Riy
i（1 1）当各构成单元旳估计失效概率很小时旳可靠性分配
n
• 因为该系统为串联络统，故有 Rsy Riy ，因为 Rsy 1 qsy ，Riy 1 qiy
，则有
i 1
n
n
n2
1 qsy 1 qiy 1 qiy q jyq ky
1 n q1否需要进行可靠性分配
Rsy RAy RBy RCy RDy 0.9 0.92 0.94 0.96 0.747
因为
Rsy 0.747
不大于系统要求具有旳可靠度 Rsq 0.9
故对系统各构成单元必须进行可靠性分配。考虑此处估计公
式为近似公式，且构成单元中有旳失效概率不够小，为确保 一次分配成功，按 Rsq 0.9进1 行分配
分配旳含义： 给定系统可靠度 Rs* 要求 f (R1, R2,..., Rn ) Rs*
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一、串联络统可靠性旳分配
1、等分分配法：把可靠度平均分给各个单元
n
Rs Ri i1
Ri
R1/ n s
i 1,2,...n
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1-2利用估计值旳分配法
当对某一系统进行可靠性估计后，有时发觉该系统旳可 靠度估计值Rsy不大于要求该系统应该到达可靠度值Rsq。 此时必须重新拟定各构成单元（也涉及子系统）旳可靠度， 即对各单元旳可靠度进行重新分配。
R1 R2 R3 R4 R5
解：（1）判断对该系统是否要进行可靠度分配 因为在1000h时
R R R R R R (1000) (1000) (1000) (1000) (1000) (1000)
p
不影响系统失效旳并联单元l，k旳对数
3、上下限综合计算 系统可靠度旳预测值
4 可靠性预测和分配
例 某项设备由发射机、接收机、信息处理 与控制机、监控台监测信号源、射频分机、 天线等七部分组成，其中发射机所用的元 器件及失效率估计如下表所示。试估计发 射机的故障。
4．相似设备法
这种方法是根据与所研究的新设备相似的老设备的可靠性， 考虑到新设备在可靠性方面的特点，用比较的方法估计新 设备可靠性的方法。经验公式为
例： 系统可靠性逻辑框图如下图所示， 已知各单元的失效概率为：FA=0.0247; FB=0.0344; FC=0.062; FD=0.0488; FE=0.0979;FF=0.044; FG=0.0373; FH=0.0685;试用上下限法求系统的可靠 度，并与数学模型法的结果比较。
3．元件计数法
n
F j Fk R j Rk
n—系统中的单元总数； n1—系统中的并联单元数目； Rj，Fj—单元j，j＝1，2，…，nl，的可靠度，不可靠度； RjRk，FjFk—并联子系统中的单元对的可靠度，不可靠 度，这种单元对的两个单元同时失效时，系统仍能正 常工作； n2—上述单元对数。
(1)上限值的计算
当系统中的并联子系统可靠性很高时，可以
认为这些并联部件或冗余部分的可靠度都近 似于1，而系统失效主要是由串联单元引起的， 因此在计算系统可靠度的上限值时，只考虑 系统中的串联单元。
RU 0 R1 R2 Rm Ri
i 1
m
系统应取m=2，即 RU 0 R1R2 当系统中的并联子系统的可靠性较差时，若 只考虑串联单元则所算得的系统可靠度的上限值 会偏高，因而应当考虑并联子系统对系统可靠度 上限值的影响。但对于由3个以上的单元组成的并 联子系统，一般可认为其可靠性很高，也就不考 虑其影响。
系统可靠性分配
系统可靠性分配一、概述系统可靠性分配是系统可靠性设计的主要内容之一。
它是根据一定的原则和方法，将系统可靠性指标自上而下逐级分配到下属各级产品的过程，也是人力、物力、财力合理试用的过程。
可靠性指标分配的目的在于将可靠性指标层层落实，使各级设计者明确自己的目标以便采取响应的措施，将可靠性设计进去。
对可靠性指标进行合理分配必须吃透两头：一头是对全局深刻了解，另一头是充分了解各个局部的特点。
了解全局主要包括：用户对可靠性的目前要求及潜在要求，与可靠性相关的各种约束条件，例如性能要求、尺寸、重量、进度、成本、维修要求等。
了解局部主要包括：下属产品技术难度，所含新技术比例；目前能达到的可靠性水平；提高可靠性的必要性及可能性；局部在全局的地位，是否是薄弱环节等。
可靠性分配与可靠性预计之间可以起到相辅相成的作用。
建立在可靠性预计基础上的分配将会使这种分配更加合理。
因此，在可靠性分配前，硬首先做好可靠性预计工作。
可靠性分配应尽早进行才有意义，一般适用于方案论证阶段及设计阶段早期。
需要说明的是，在进行可靠性指标分配时，由于许多情况还不明朗，可供使用的信息有限，很难做到一次分配到位。
因而需要进行调整或再分配，即是说，可靠性分配是一个渐进、反复的过程。
二、可靠性分配的准则要是可靠性分配做到合理，必须一方面满足系统的可靠性指标要求和约束条件要求；另一方面要具有可行性。
为此，需遵循以下准则：⑴危害度愈高，可靠性分配值愈高；⑵无约束条件时，可靠性的分配值允许较高；⑶复杂程度高，可靠性的分配值应适当降低；⑷技术难度大，可靠性的分配值应适当降低；⑸不成熟产品，可靠性的分配值应适当降低；⑹恶劣环境条件工作的产品，可靠性的分配值应适当降低；⑺工作时间长的产品，可靠性的分配值应适当降低。
以上准则是从不同的角度，逐一陈述的，即只考虑了但因素。
实际分配中，系统所属产品往往是多因素的，在运用以上准则时要注意综合权衡。
三、可靠性分配方法的分类按可靠性的模型分，可分为基本可靠性分配和任务可靠性分配。
轨道交通车门系统可靠性分配准则和预计方法
1可靠性分配的概述可靠性分配是量化与指定产品级别相关的系统可靠性要求。
通过对和谐的量化要求的全部和部分可靠性的分配。
这是一个从上到下的完整分解过程。
可靠性分配的类型是代表综合优化问题的技术决策过程。
通过分配，负责实施产品设计师的适当水平。
并根据此量化分配的可靠性估计所需的人力、时间和资源，以求技术上可行，经济上合理有效。
系统可靠性分配是由客户提出的，在设计任务书中提供了可靠性指标，从上到下，从下到上，从全球到局部逐步分解，分配到不同的系统，子系统和设备。
换句话说，产品级别的可靠性和相应的设计文件或合同中写下的产品质量要求的下一级是一个演绎过程。
总之，产品的可靠性发展阶段始于确定系统的可靠性，然后将其分配给组成系统的元素，这被称为可靠性分配。
其目的是在一定的约束条件下，将各单元的可靠性指标确定下来，进而保证系统满足规定的的可靠指标要求。
可靠性分配的基本准则：①为了减少重复分配的次数，并考虑在作业中可以忽略的其他因素，应该留出15%-20%的余量用于可靠性分配。
②某些非电子元器件的失效率很低时，可能不直接参与可靠性的分配，可能在其他要素项目中考虑合并。
③在分配可靠性指标时，应充分考虑任务可靠性指标分配值和基本可靠性指标分配值之间的协调性，且需满足系统的基本可靠性和任务可靠性指标。
④应从研究的早期阶段就进行可靠性分配，同时结合发展阶段的不同特点合理进行分配。
⑤对于复杂的子系统，设备等，由于产品越复杂，所包含的元件越多，应该指定较低的可靠性指标。
实现高可靠性越困难也越昂贵。
⑥技术上不成熟的产品，配置指标可靠性低。
这种产品的高可靠性要求增加了开发时间并增加了开发成本。
⑦对于在恶劣环境条件下工作的产品，由于恶劣的环境会增加产品的故障率，所以应该指定较低的可靠性指标。
⑧随着产品工作时间的增加，其可靠性会逐渐减少，所以，需长期工作的产品可靠性较低。
⑨由于重要性较高的产品故障会影响人身安全或任务完成，因此应分配较高的可靠性指标。
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可靠性设计
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可靠性定量要求
概念
确定产品的可靠性参数、指标以及验证时机 和验证方法，以便在设计、生产、试验验证、 使用过程中用量化方法评价或验证装备的可 靠性水平。 可靠性参数要反映战备完好性，任务成功性， 维修人力费用及保障资源费用等四个方面的 要求。
MTBF
MFHBF
MCSP
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可靠性设计
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可靠性定量要求
分类
基本可靠性要求
基本可靠性反映了产品对维修人力费用和后勤保 障资源的需求。 确定基本可靠性指标时应统计产品的所有寿命单 位和所有的故障。
任务可靠性要求
任务可靠性是产品在规定的任务剖面中完成规定 功能的能力。 确定任务可靠性指标时仅考虑在任务期间那些影 响任务完成的故障(即致命性故障)。
可靠性设计
4
可靠性要求
可靠性要求
产品使用方向承制方(或生产方)从可靠性角 度提出的研制目标,是进行可靠性设计、分析、 制造、试验和验收的依据。
研制人员只有在透彻地了解这些要求后，才 能将可靠性正确地设计、生产到产品中去， 并按要求有计划地实施有关的组织、监督、 控制及验证工作。
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用可靠性设计准则逐条审查设计的符合性， 完成设计准则符合性报告，供设计评审时使 用。
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可靠性设计
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可靠性设计准则
作用
可靠性设计准则是进行可靠性定性设计的重 要依据。 贯彻可靠性设计准则可以提高产品的固有可 靠性。 可靠性设计准则是把可靠性设计和性能设计 有机结合的有效方法。 可靠性设计准则是一个单位产品设计经验的 总结与升华。
研制阶段 目标值
研制阶段 门限值
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设计 定型
生产 定型
批生产
可靠性设计
大量部署 和使用
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可靠性参数值时序图
论证阶段
方案阶段
工程研制阶段
生产阶段
使用阶段
目标值
目标值 (协调)
预计值
目标值
门限值
门限值 (协调)
规定值 最低可接受值
研制结束 门限值
研制结束 最低可接受值
设计值 增长计划
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可靠性设计
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可靠性定性分析要求
定性分析要求的主要项目
功能危险分析(FHA)
综合的、系统的演绎方法
故障模式和影响分析(FMEA)
系统的，自下而上的归纳分析法
故障树分析(FTA)
系统的，自上而下的演绎分析法
区域安全性分析(ZSA)
按照装备的区域进行的分析、检查法
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使用阶段
验证值
设计定型
验证值
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可靠性设计
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可靠性参数值时序说明
论证阶段
由使用方根据装备的使用需求和可能，经过 论证提出装备的“目标值”，并据此确定 “门限值” 。
方案阶段
由使用方与承制方协调，确定最终的“目标 值”和“门限值”，并确定研制结束时的门 限值——“研制结束门限值”。
合同规定的可靠性定性、定量要求； 合同规定引用的有关规范、标准、手册等提出的可靠性 设计准则； 同类型产品的可靠性设计经验以及可供参考的通用可靠 性设计准则。
详细设计准则
将产品的可靠性设计准则以“XX可靠性设计准则” 条款形式输出。
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可靠性设计
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可靠性定性分析要求
定性分析要求
定性分析要求一般是在产品研制过程中要求 采取的可靠性分析工作，以保证与提高产品 可靠性。 这些可靠性分析工作需要在产品研制的各个 阶段根据产品的实际情况和分析方法的特点， 具体组织实施。
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可靠性设计
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可靠性设计准则
主要内容
概述
说明产品名称、型号、功能和配套关系；产品合 同规定的可靠性定性、定量要求等。
目的
说明编制可靠性设计准则的目的。
适用范围
应说明编制的可靠性设计准则适用于何产品或何 系列产品 。
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可靠性设计
11
可靠性设计准则
主要内容
依据
应说明编制可靠性设计准则的主要依据。
确定关键件和重要件 环境防护设计 热设计 软件可靠性设计 包装、装卸、运输、储存等设计
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可靠性设计
8Leabharlann 可靠性设计准则含义
在研制过程中尽可能充分挖掘研制单位已有 的工程经验，把设计人员多年积累的设计经 验与教训加以总结提高，形成可靠性设计标 准和指令性文件。
指导工程设计人员如何把产品的可靠性设计 到产品中去。
可靠性定性要求分类
定性设计要求 定性分析要求
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可靠性设计
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可靠性定性设计要求
定性设计要求概念
定性设计要求一般是在产品研制过程中要求采取的 可靠性设计措施，以保证与提高产品可靠性。 这些要求都是概要性的设计措施，在具体实施时， 需要根据产品的实际情况而细化。
主要的定性设计要求项目
制定和贯彻可靠性设计准则 简化设计 余度设计 降额设计 制定和实施元器件大纲
将其转化为合同参数对应的“规定值”、
“最低可接受值”及“研制结束最低可接受
值”。
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可靠性设计
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可靠性参数值时序说明
工程研制阶段
进行可靠性分配确定装备各层次产品的设计目标—— “设计值”(即与装备成熟期的“目标值”对应的“规 定值”，而非研制结束时的最低可接受值)，经过可 靠性设计分析及可靠性增长，实现设计目标。
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可靠性设计
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可靠性指标
含义
可靠性指标是可靠性参数要求的量值。如 M TBF=1000h即为可靠性指标。 与使用、合同参数相对应，可靠性指标分为 可靠性使用指标和可靠性合同指标。
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可靠性设计
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可靠性参数指标的特性
目标值→规定值；门限值→最低可接受值
成熟期目标值 成熟期门限值
可靠性设计
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可靠性要求
可靠性要求分类
定性要求
用一种非量化的形式来设计、评价和保证产品的 可靠性。
定量要求
规定产品的可靠性参数、指标和相应的验证方法。 用定量方法进行设计分析，进行可靠性验证，从 而保证产品的可靠性。
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可靠性设计
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可靠性定性要求
可靠性定性要求概念
用一种非量化的形式来设计、评价和保证产 品的可靠性，对数值无确切要求。 在定量化设计分析缺乏大量数据支持的情况 下，提出定性设计分析要求并加以实现更为 重要。
可靠性设计——
III.系统可靠性预计 与指标的分配
高嵩
本章内容
1. 系统可靠性要求制定 2. 系统可靠性要求分配 3. 系统的可靠性预计
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可靠性设计
2
1.可靠性要求制定
内容提要
可靠性要求的概念 可靠性定性要求 可靠性定量要求 可靠性定量要求制定 可靠性定性要求制定
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